第02章 天然氣凈化

1、2 天然氣凈化,,2.1 天然氣脫硫2.2 硫磺回收與尾氣處理2.3 天然氣脫水,《天然氣化工工藝學》第2章,天然氣中的硫化物主要是硫化氫(H2S)存在，同時還可能有一些有機硫化物，如硫醇(CH4S)、硫醚(CH3SCH3)及二硫化碳(CS2)等。,目前的天然氣脫硫工藝包括以醇胺法(簡稱胺法)為主的化學溶劑法、以砜胺法為主的化學－物理溶劑法、物理溶劑法、直接轉(zhuǎn)化法(亦稱氧化－還原法)、吸附法和非再生法等，其中占主導地位的是醇胺

2、法和砜胺法。,2.1 天然氣脫硫,,《天然氣化工工藝學》第2章,醇胺法以醇胺水溶液為吸收劑，屬化學吸收；砜胺法以醇胺的環(huán)丁砜水溶液為吸收劑，是以醇胺的化學吸收和環(huán)丁砜的物理吸收聯(lián)合的化學-物理吸收。主要吸收劑：一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA) 、二異丙醇胺(DIPA)與環(huán)丁砜組成的砜胺-Ⅱ(砜胺法)及甲基二乙醇胺(MDEA),2.1.1 醇胺法和砜胺法,《天然氣化工工藝學》第2章,醇胺屬堿性，H2S和CO2為酸性氣體，進行

3、基于酸堿中和反應的化學吸收。如：,,（快速）,此類吸收是放熱反應，在較低的溫度(70℃)下進行，當溫度超過105℃后，反應將發(fā)生逆轉(zhuǎn)。利用此特性，可實現(xiàn)醇胺溶液循環(huán)再生使用。,醇胺法的反應,,《天然氣化工工藝學》第2章,包括吸收、閃蒸、換熱、及再生四個環(huán)節(jié)。 吸收：脫除酸性氣體；閃蒸：除去富液中的烴類； 換熱：以富液回收貧液的熱量； 再生：解析出富液中的酸性氣體。,2.1.1.1 醇胺法和砜胺法工藝流程,,《天然氣化工工藝學》

4、第2章,1－吸收塔；2－再生器；3－再沸器,對于天然氣中酸性氣體含量高或溶劑循環(huán)量大的大型裝置，有時采用分流部分半貧液進入吸收塔中部的方法來提高處理效率。,分流法脫硫工藝,圖2.2 分流法脫硫工藝流程圖,《天然氣化工工藝學》第2章,,吸收塔：大型裝置多使用浮閥塔，小型裝置宜用填料塔或篩板塔；再生塔：填料塔或板式塔，頂部都安排有回流入塔； 再沸器：熱虹吸式或釜式再沸器，熱源以使用飽和蒸汽為宜，小型裝置也可用熱載體或煙道氣加熱；,醇胺法

5、和砜胺法裝置主要設備,配套設備包括閃蒸罐 、 過濾器 、貧富液換熱器 、貧液冷卻器。,,《天然氣化工工藝學》第2章,MEA法：適用于壓力較低而對H2S和CO2凈化度要求高的工況；DEA法：適用于在較高的酸性氣體分壓下同時脫除H2S和CO2；砜胺法：砜胺–Ⅱ型適用于需脫除有機硫及同時脫除H2S和CO2的情況；砜胺一Ⅲ型適用于需脫除有機硫及選擇脫除H2S的工況；MDEA法：優(yōu)先用于需選擇脫除H2S的工況。,2.1.1.2 主要醇胺法

6、和砜胺法的特點和應用范圍,,《天然氣化工工藝學》第2章,脫硫化學溶劑包括有機堿(前述的醇胺溶液) 和無機堿 (活化熱鉀堿法)。,,活化熱鉀堿法基本工藝流程圖,2.1.2 天然氣脫硫的其他方法,,《天然氣化工工藝學》第2章,,由于酸性氣體物理吸收熱大大低于其與化學吸收的反應熱，故溶劑再生的能耗低； 既可以同時脫硫脫碳也可以選擇脫除H2S，對有機硫也有良好脫除能力；在脫硫脫碳的同時可同時脫水； 不宜用于C2以上烴含量高、尤其是重烴多

7、的氣體； 溶劑吸收酸性氣體的速率慢。,包括冷甲醇法、多乙二醇二甲醚法、碳酸丙烯酯法及N–甲基吡咯烷酮法等，特點如下：,2.1.2.1 物理溶劑法,,《天然氣化工工藝學》第2章,,NEAG–ⅡSelexol 裝置工藝流程圖,Pikes Peak Selexol 裝置工藝流程圖,兩種基本流程：德國NEAG–Ⅱ和美國Pikes Peak裝置。差別為再生部分，當用于脫除大量CO2時，此時僅靠溶液的閃蒸而再生。如需達到較嚴格的H2S，閃蒸后還

8、需氣提或真空閃蒸。,物理溶劑法流程,《天然氣化工工藝學》第2章,,其他的化學物理溶劑法,砜胺法是化學溶劑與物理溶劑相組合的代表。除砜胺法外，屬于此類的還有Selefining法、Optisol法、和常溫甲醇法等。,2.1.2.3 化學物理溶劑法,,《天然氣化工工藝學》第2章,硫磺回收系指將脫硫裝置再生解吸出的酸性氣體中的H2S等轉(zhuǎn)化為硫磺的過程，常用計量空氣先將H2S燃燒，再經(jīng)催化轉(zhuǎn)化為硫磺，即克勞斯工藝。,2.2 硫磺回收與尾氣處理

9、,《天然氣化工工藝學》第2章,,,,,,,,,,,主要反應：,副反應：,2.2.1 克勞斯工藝,,《天然氣化工工藝學》第2章,H2S轉(zhuǎn)化為硫的平衡轉(zhuǎn)化率圖,高溫反應區(qū)：H2S通過燃燒轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，生成的硫蒸氣以S2 為主；平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度同步上升。 催化反應區(qū)：H2S通過燃燒轉(zhuǎn)化為S6和S8，高溫區(qū)生成的S2 液轉(zhuǎn)化為S6和S8 ；平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度降低而上升。,H2S轉(zhuǎn)化為硫的平衡轉(zhuǎn)化,《天然氣化工工藝學》第2章,包括直流法、分餾法

10、、硫循環(huán)法、直接氧化法，以直流法和分流法為主。,,,,,,,,,,,,,,,2.2.1.2 工藝流程,《天然氣化工工藝學》第2章,直流法：全部酸性氣體進入燃燒爐燃燒，按要求配給空氣，酸性氣體中全部烴類完全燃燒，H2S的1/3氧化生成SO2, 并與剩下的2/3的H2S反應生成單體硫。 分流法：酸性氣體分為兩股，1/3酸性氣體與空氣進入燃燒爐將H2S氧化為SO2，然后與旁通的2/3酸性氣體混合進入催化轉(zhuǎn)化段。,根據(jù)H2S濃度，篩選工藝流

11、程安排,2.2.1 克勞斯工藝,分類,《天然氣化工工藝學》第2章,,液相催化劑,,,,,在低于硫露點的溫度下繼續(xù)進行克勞斯反應,將尾氣中各種形態(tài)的硫均還原為H2S，再將此部分H2S再轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫,,將尾氣中各種形態(tài)的硫均氧化為SO2,2.2.2 克勞斯尾氣處理工藝,還原類,氧化類,低溫克勞斯類,固相催化劑,還原–吸收法,還原–直接轉(zhuǎn)化法,還原–直接氧化法,,《天然氣化工工藝學》第2章,吸收法-即采用一種親水液體與天然氣逆流接觸，通過

12、吸收來脫除天然氣中的水蒸氣。,常用的脫水吸收劑的優(yōu)缺點,2.3 天然氣脫水,,《天然氣化工工藝學》第2章,即采用固體吸附劑脫水，一般為物理吸附，吸附劑可再生，常用的有活性氧化鋁、硅膠及分子篩等。,吸附劑要求：多孔性，較大吸附表面積，選擇性吸附作用，較高吸附傳質(zhì)速率，再生簡便經(jīng)濟，可保持較高的濕容量，良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機械強度等。脫水工藝：多采用固定床吸附塔工藝，為保證裝置連續(xù)操作，至少需要兩個吸附塔：一塔進行脫水操作，另一

13、塔進行吸附劑的再生和冷卻，然后切換操作。,2.3.2 吸附法,分類,《天然氣化工工藝學》第2章,,直接冷卻法：水含量隨溫度降低而減少；加壓冷卻法：將氣體加壓使部分水蒸氣冷凝，并由壓縮機出口冷卻后的氣液分離器中排出； 膨脹制冷冷卻法：利用焦耳－湯姆遜效應使高壓氣體等焓膨脹制冷獲得低溫，從而使氣體中一部分水蒸氣和烴類冷凝析出； 機械制冷冷卻法:以低壓伴生氣為原料氣的露點控制裝置中一般采用機械制冷的方法獲得低溫，使天然氣中更多的